非機械專業機械設計基礎課程的教學研究

摘要：機械設計基礎課程是非機械專業的技術基礎課，為進一步學習各專業課程中有關機械的內容或有關專業機械設備的課程奠定理論基礎。本文在分析了非機械專業中本門課程的教學特點和教學現狀的基礎上，提出了適當調整教學內容；以工程需求為導向，加強學生學習興趣；與知識背景相結合，提高學生學習熱情；多媒體與傳統教學手段相結合，增強直觀性教學；加強實踐教學，注重學以致用等教學方法和手段，獲得了良好的教學效果。

關鍵詞：非機械專業；機械設計基礎；教學研究

TH122-4

機械設計基礎是一門技術基礎課。隨著機械化生產規模的日益擴大，除機械制造部門外，在能源動力、石油化工、冶金、采礦、輕紡、食品等諸多生產部門工作的工程技術人員，都會經常接觸各種類型的通用機械和專用機械。這要求他們必須對機械的基礎知識，如機構的基本組成和工作原理、零件的受力和失效形式、設備的選購、正確使用和維護及故障分析等具有一定的了解。

機械化生產對國民經濟進步和社主主義現代化建設的發展具有重要意義，機械設計基礎這門課程發揮的作用也愈來愈大[1]。對原有的機械設備進行全面的改造和技術升級，能夠充分發揮企業的潛力，為企業帶來更多利潤；設計各種高質量、先進的成套設備來裝備新興的生產部門，促進經濟的多元化；研究、設計高度智能化的機械設備，實現空間探索、海底開發和生產過程的自動化。同時，在經濟發展和社會進步過程中，機械設計基礎這門課程自身也將得到更大的發展。

一、非機械專業本課程的教學特點及現狀分析

機械設計基礎這門課程是機械類的專業必修課，同時也是工程學科非機械專業的一門重要的技術基礎課程，國內許多高校中具有工程性質的非機械專業都開設有本門課程，比如南京航空航天大學的材料科學與工程、能源動力與工程、自動化工程、航空宇航工程等。本門課程最顯著的特點是基礎理論與工程實際的結合，學習本門課程要用到物理、數學、力學、機械制圖和工程材料以及機械制造基礎等先修課程的知識，尤其是理論力學課程的知識。但并不是這些課程的簡單重復，而是要引導學生如何運用所學的知識解決工程實際中所遇到的問題。

由于非機械專業學生的基礎知識與機械類專業有所不同，因此本門課程對非機械專業的教學具有一定的獨特性。首先是教學目的，本課程不是研究某種具體的機械，而是著重研究一般機械的共性問題，即機構的結構分析和綜合的基本理論和基本方法，這些基本理論和方法是緊密為工程服務的，為進一步學習專業機械的課程打下理論基礎，為從事工藝、運行和管理工作的技術人員提供一定的基礎知識。其次是教學內容，非機械專業與機械類專業學生對本門課程內容的要求不同，非機械專業注重對內容的一般了解，因此削減了大量的公式推導與證明等內容，添加了部分工程實際的案例。但是具體的教學知識點并無明顯差別，都包含機械設計的基本理論，如結構學、運動學和動力學等；常用機構及其傳動設計，如連桿機構、凸輪機構和齒輪機構等；通用零部件設計，如機械連接、機械傳動和軸系零件等。最后是教學過程，由于知識背景不同，對非機械專業的教學過程中需要簡單引入機械類的專業基礎知識，如在講授機械設計的工藝性要求時需要簡單介紹機械加工的基本知識，以便于學生理解工藝性的含義。然而，由于許多任課教師沒有注意到非機械專業和機械類專業的教學特點的異同，在教學內容和教學方法上不區別對待，導致教學中出現了一些問題，學生在理解教學內容上有一定的困難，感覺枯燥、抽象，進而厭學甚至棄學，教學效果不夠理想。

二、非機械專業本課程的教學方法與手段

1.適當調整教學內容

機械設計基礎這門課程是以多門先修課程為基礎的[2]，而由于種種原因，非機械專業學生并沒有學習過某一門或某幾門先修課程，這給本門課的教學帶來一定的困難。為達到良好的教學效果，教師必須根據教學要求和目的，對教學內容進行適當調整。非機械專業注重對機械設計基礎知識的一般了解，是為了學習專門機械奠定基礎，而并不注重設計機器，因此教學內容應刪減難度較大的公式推導和定理證明等，而是直接給出實用性的公式或定理，重點講授它們的工程應用及使用方法。如在校核機械零件的接觸強度時用到赫茲公式，它屬于彈性力學的知識，在講授時直接給出赫茲公式的具體形式，講明其中各個參數的含義，重點講述該公式在校核計算零件的接觸強度，如齒輪傳動的齒面接觸強度計算中的應用和注意事項，而不必要介紹該公式的推導過程。如果強制講授，則學生會覺得枯燥、難以理解，且占用寶貴的課時，教學效果差。

2.以工程需求為導向，加強學生學習興趣

興趣是最好的導師。機械設計基礎這門課程的基本理論和方法是緊密為工程服務的，以工程需求為導向的教學方法必然激起學生的學習興趣，加快加深對知識的理解，達到良好的教學效果。這種方法改變了傳統的教師按部就班地講、學生被動聽的教學模式，有利于學生主動思考，激起學生強烈的求知欲。以工程需求引出教學內容，如以汽車后橋差速器為例講授差動輪系的分解運動，由于汽車是日常生活中常見的機器，而大部分學生對汽車轉彎過程中機構的運動原理并不了解，這就激發了他們學習的樂趣。在課堂之外，當他們看到汽車時，仍能主動回憶起所學內容，加深了對知識點的理解。教學過程多引入工程案例或日常案例，能幫助學生理解所學內容。如在講授平面四桿機構的死點位置時，以家庭常用的縫紉機的踏板機構為例進行講解。

3.與知識背景相結合，提高學生學習熱情

機械設計基礎課程中的許多名詞和符號是機械類專業中學習過的，對于非機械類專業的學生來說比較陌生，導致他們對學習本門課程的目的不清楚，覺得學習本門課的意義不大，因而厭學甚至棄學。若能將該課程與他們的專業知識背景相結合，必將提高學生的學習熱情。針對航空航天類學校的學生，將機械設計基礎知識與航空航天應用相結合，教學過程中引入航空航天應用案例，如在講授齒輪的失效形式和設計計算準則時，以航空發動機用齒輪為例進行講解，由于航空發動機用齒輪的特殊工作環境及應力狀態，設計時應選取合適的材料、加工精度，并注意校核強度等參數。

4.多媒體與傳統教學手段相結合，增強直觀性教學

機械設計基礎所研究的對象多為運動的機構和機械，而多媒體能夠將文字、圖像、動畫和聲音等教學素材進行合理編排，使原本枯燥難懂的知識點形象化、趣味化，因此多媒體技術在本門課的教學中非常重要。但是在利用多媒體技術教學時，由于信息量增大，教學速度加快，易導致學生的思路難以跟上教師的講解進度，學生沒有思考時間，不利于對知識點的掌握。將多媒體與傳統教學手段結合則可有效解決這一問題。由于非機械專業學生的理論基礎薄弱，缺乏實踐經驗和空間想象力，因此使用多媒體技術教學可以變靜為動，幫助學生理解。如使用動畫演示機構的運動過程，可以幫助學生理解各構件間的相對運動，培養了學生的空間想象力；同時在黑板上對輸出構件進行受力分析，使學生將力與運動結合起來，激發他們主動思考。

5.加強實踐教學，注重學以致用

實踐教學是培養學生工程實踐能力的重要環節，在講授機械設計基礎理論內容的同時，要加強對學生工程實際應用能力的培養，提高學生工程實踐能力，為將來走上工作崗位打下基礎。實踐教學包括多種形式，首先是實驗教學，這是理論教學的補充和深化，實驗教學過程能夠培養學生思考問題、解決問題的能力[3]，消化課堂上所學知識，動手解決生產中出現的問題。比如齒輪參數測定實驗和減速器拆裝實驗，使學生產生對齒輪及輪系、軸類零件等的直觀認識，同時學習和掌握了具體的測量技術和方法。其次是參觀實習，帶學生進入生產企業參觀，現場講解所看到的機構、零件等，擴展學生的空間思維，加深對課堂知識的印象。最后是創新比賽，如指導學生參加大學生機械創新設計大賽，充分發揮學生的創新能力，提高他們的動手能力，學以致用。

三、結束語

本文對機械設計基礎這門課程對非機械專業的教學特點和現狀進行了分析，對教學方法和手段進行了研究。由于本課程內容多，涉及先修課程多，這就要求教師必須不斷創新教學方法，與時俱進，充分調動學生學習的積極性，切實提高學生的工程實踐能力，培養學生的動手能力和創新思維能力。

參考文獻

[1]郭攀成，穆璽清.機械設計基礎課程教學內容的改革與實踐[J].中國電力教育，2009，134：129-130.

[2]黃小龍，楊洋，劉相權.“機械設計基礎”課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2016，04：112-114.

[3]田君，韓立發.基于卓越工程師培養目標下機械設計基礎課程教學的改革[J].東莞理工學院學報，2013，20：100-104.

作者簡介：

趙國龍（1987-），男，工學博士，山東濟南人，南京航空航天大學機電學院機械制造及其自動化系，講師，主要研究方向為微細加工技術。